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皮革固体废弃物和造纸污泥是皮革行业和造纸行业中所面临的重大问题,皮革废弃物和造纸污泥都是可再利用的资源。本课题通过对皮革胶原纤维和造纸植物纤维性质的全面分析,以及两者成纸反应机理的研究,有针对性的对胶原纤维进行处理,仅将皮革胶原纤维适当的分散,有效降低在提取和分散纤维时采用的各种化学药品的用量,减轻对环境造成的二次污染。为了避免胶原纤维与植物纤维混合抄纸匀度不佳,平滑度差的问题,拟采用胶原纤维和细小纤维含量较高的造纸污泥(主要是一段污泥和脱墨污泥)混合抄造的方式,抄造高强瓦楞原纸,在节约植物纤维资源的同时,也可以提高瓦楞纸的各种强度指标。本课题对不同性能纤维废料配合抄造纸张的方法及成纸的性能及不同纤维废料相关的结合机理进行了研究。预期的研究成果对传统生产瓦楞原纸原材料来源的开发,具有重要的现实意义。
皮革屑通过碱-机械的方法处理得到分散性好的胶原纤维,最佳的处理条件是:预处理的温度是30℃、预处理时间为1.5h、氧化镁用量是9%、打浆转数是5000R。通过碱-机械法处理的胶原纤维得率比较高。
皮革屑利用过氧化氢对其进行脱铬处理,将胶原纤维和铬分离开,得到胶原纤维,后将胶原纤维进行PFI机械磨浆,这样可以大大缩短处理的时间。氧化-机械法处理皮革屑的较佳工艺条件是:皮革屑经氧化剂H2O2:NaOH:皮屑:水=1:1:4:60,预处理后再进行机械磨浆。PFI打浆转数为5000R。
通过纤维质量分析仪测定碱-机械法和氧化-机械法处理的胶原纤维的长度,碱-机械法处理的胶原纤维长度为:数均长度0.325mm;重均长度0.436mm;双重均长度0.639mm。氧化-机械法处理的胶原纤维长度为:数均长度0.437mm;重均长度0.582mm;双重均长度0.758mm。两种方法处理的胶原纤维主要以细小纤维的形式存在。
胶原纤维与植物纤维以不同的比例混合,胶原纤维的加入可以明显的提高混合浆料的Zeta电位值,可以充分的提高纤维的留着率,改善纸张的抄造性能。但由于胶原纤维是细小纤维,会使得混合浆料的滤水性下降。
造纸污泥(一沉池污泥)中含有许多短小纤维、填料和灰分等。通过对污泥的特性进行分析得到:污泥的含水率是79.6%,pH值是6.8,干污泥中有机物的含量是87.8%,灰分含量是12.2%,干污泥中纤维含量是69.6%。由以上特性测定我们得知,污泥基本上呈中性,污泥的含水率较大,污泥中的有机物含量较大,有机物中的主要成分是粗纤维。污泥中纤维含量多,但是质量差,基本上都是短纤维,其中66.8%纤维长度都在0.20mm以下。造纸污泥中元素C、H的含量比较大,其主要来源于污泥中纤维素的分解。
胶原纤维与植物纤维浆料混合后,混合抄造的纸张其各项物理性能都随着胶原纤维添加量的增大,呈现出先增大后减小的趋势。碱-机械法处理得到的胶原纤维与植物纤维混合,当胶原纤维的添加量达到20%的时候,混合抄造的纸张其各个物理性能达到最佳,另外胶原纤维的添加量为20%的时候,混合抄造的纸张匀度相比最好。氧化-机械法处理得到的胶原纤维与植物纤维混合后,当胶原纤维的添加量达到30%的时候,纸张的各个物理性能达到最佳,另外胶原纤维的添加量为30%的时候,混合抄造的纸张其匀度相比最好。但是氧化-机械法处理的胶原纤维以不同的量添加到植物纤维中,纸张的各项物理性能都比碱-机械法处理的胶原纤维成纸的性能好。
污泥以不同的量添加到植物纤维中,混合抄造的纸张其物理性能随着污泥的添加量的增大,呈现出下降的趋势。污泥的添加量小于30%时,各项物理指标下降缓慢,污泥量超过30%时,纸张的各项物理指标下降很快。
本课题是在没有添加任何增强助剂的情况下,胶原纤维、造纸污泥与植物纤维以不同的比例混合抄造纸张,当胶原纤维的量占40%,污泥的量和针叶木浆的量分别占30%的时候,混合抄造的纸张紧度、环压指数和裂断长都达到最大,其值至少都能达到瓦楞原纸的国家B级指标。
通过对皮革固体废弃物和造纸污泥特性的研究,以及将胶原纤维和造纸污泥混合抄造瓦楞原纸的研究,不仅可以对固体废弃物的资源化再利用,而且可以弥补瓦楞原纸生产原材料的不足,对皮革行业和造纸行业的发展,具有很广阔的前景。